WAVESPEED AI 双摆 在浏览器中运行
100% 免费

双摆模拟器看混沌从一次微小的推动中生长。

双摆,在浏览器中实时运行:一个摆挂在另一个摆的末端,这就足以产生狂野的混沌运动。把两个摆锤拖到任意位置,点击播放,观察它画出的、按速度着色的轨迹。
同时释放最多 50 个起点只差一丝的摆,看它们散开,在蝴蝶模式下让两个摆赛跑,绘制哪些起点会翻过顶端,并把结果保存为视频片段或 PNG。

同时最多 50 个摆每个起点的混沌图MP4 片段和 PNG 快照
无需注册 无需上传 无水印

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模拟、快照和视频都在你的设备上制作。
三个简单步骤

如何使用双摆模拟器

01

选择起点

选择混沌、单摆、近周期、扇形或蝴蝶场景,或把两个摆锤拖到你喜欢的任意角度。

02

点击播放

观察运动及其轨迹,放慢速度或逐帧前进,并在摆动时修改长度、质量或重力。

03

探索并导出

散开许多摆,打开混沌图,然后保存 PNG,或导出竖屏、方形或宽屏的 MP4 片段。

双摆为什么是混沌的?

双摆遵循精确的确定性定律:相同的起点总是产生相同的运动。然而它的两条摆臂不断通过取决于两个角度的正弦和余弦以及它们速度平方的项交换能量。这些方程是非线性的,在足够高的能量下没有简单的重复解。

在这种混沌状态下,相差百万分之一度的两个起点会以大致指数的速度分开,因此差异在几秒内就会显现,两种运动很快变得毫无共同之处。这种对初始条件的敏感性常被称为蝴蝶效应,它使长期预测在实践中成为不可能,尽管其中没有任何随机的成分。

摆动幅度小时,画面很平静:摆的运动像两根相连的弹簧,有两种固有节律,两条摆臂一起缓慢摆动或彼此相反快速摆动,运动是规则的。提高起始角度,混沌就会接管,扇形、蝴蝶模式和混沌图让你能直接看到这一点。

  • 确定性,而非随机重放一个起点,你得到的运动一帧不差、完全相同。意外只来自微小差异增长得有多快。
  • 能量保持不变没有阻尼时,总能量永不改变,所以运动始终有界。混沌只是在两条摆臂之间重新分配能量,并不产生能量。
  • 有些起点永远无法翻转从低角度静止释放时,摆没有足够的能量让一条摆臂翻过顶端。在摆臂和质量相等的情况下,凡是 2 cos θ1 + cos θ2 大于 1 的起点都是如此:即混沌图中的黑色区域。

制作惊艳摆动视频的小技巧

从高处开始以获得混沌

大约 90 度以上的角度会带来最狂野的运动。低于约 30 度时,摆动保持规则,轨迹会重复。

散开成彩虹

在扇形中,30 到 50 个相差千分之一度的摆会在几次摆动中保持在一起,然后爆发成一道彩虹。慢动作让分裂的瞬间很容易看清。

从图上挑选起点

点击混沌图上的任意一点即可载入该起点。明亮的区域几乎立刻翻过顶端,暗的区域则需要长得多的时间。

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双摆常见问题

这个双摆模拟器免费吗?

免费。所有场景、设置、快照和视频导出都免费,无需账号、无需注册,也没有水印。它完全在你的浏览器中运行。

模拟的精度如何?

它求解刚性、无质量杆上两个质点的精确运动方程(由拉格朗日量推导),使用四阶龙格-库塔法和小而固定的时间步长。没有阻尼时,总能量在数分钟的运动中保持恒定,精度优于百万分之一,小幅摆动与教科书中的周期吻合。

扇形中的摆为什么会分开?

扇形中的每个摆与相邻的摆起点只差一个微小的角度。在混沌状态下,这类差异大致以指数速度增长,所以几次摆动之后,这些摆会走上完全不同的路径。让扇形从小角度开始,它们就会保持在一起。

什么是蝴蝶模式?

两个摆几乎完全相同地开始,默认相差十万分之一度。图表以对数刻度显示它们的差异不断攀升,读数会告诉你两个外侧摆锤何时首次明显分开。

混沌图显示什么?

每个点是一个起始位置,横向为第一条摆臂的角度,纵向为第二条摆臂的角度,从静止释放。其颜色显示摆需要多久才会有某条摆臂翻过顶端:明亮表示翻转快,深蓝表示慢,黑色表示它从来没有足够的能量翻转。图在后台由粗到细逐步填充,点击即可载入该起点。

什么是相图和庞加莱截面?

相图在摆运动时绘制某条摆臂的角度与角速度的关系,或两个角度之间的关系。庞加莱截面在第一条摆臂每次正向经过正下方时标出一个点:规则运动留下几个点或一条闭合曲线,混沌则把点撒满一大片区域。

可以仿真单摆吗?

可以。选择单摆场景,或取消勾选“第二条摆臂”。在小角度下它按熟悉的周期 2π√(L/g) 摆动,你可以看到角度变大时周期随之变长。

可以导出视频吗?

可以。打开“导出”,选择 9:16、1:1 或 16:9,完整 1080p 或快速预览,30 或 60 fps 以及时长,然后保存 MP4(或 WebM)。运动从起点开始逐帧重放,所以片段在任何电脑上都完全流畅,并包含你的慢动作设置。

重力和阻尼会改变什么?

重力越强,一切摆动得越快;试试月球、火星或木星。阻尼像空气阻力和摩擦一样慢慢消耗能量,所以混沌的摆动会平静下来变成规则的摆动。

全部免费工具

让双摆摆起来

免费、私密,在浏览器中即可使用:选一个起点,观看混沌展开,并导出片段。

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